رله کنترل فاز

الکتروموتور یکی از مهم ترین بخش های یک سیستم الکتریکی است که در رنج های توان و ولتاژ متفاوت، به وفور در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. عملکرد مطلوب و آسیب ندیدن الکتروموتور مستلزم طراحی یک سیستم حفاظتی مناسب است تا به محض بروز حالت های غیر عادی و ناخواسته، عمل کرده و دستگاه را از مدار خارج کند. بطور کلی می توان این حفاظت ها را به گروه های جریانی، ولتاژی و حرارتی تقسیم کرد.

در این مقاله قصد داریم بطور مفصل به اختلالات شبکه برق و سایر عوامل مخرب الکتروموتور و معرفی رله کنترل فاز، به عنوان یکی از پرکاربردترین تجهیزات حفاظتی الکتروموتور بپردازیم. 

به طور کلی، این حالت های ناخواسته و غیرعادی که سبب آسیب دیدن موتور می شوند عبارتند از : 

اتصال کوتاه در الکتروموتور

اتصال کوتاه در الکتروموتور معمولا به دو دلیل، اتصال کوتاه شدن فاز به فاز در اثر خرابی عایق در سرکلاف سیم پیچ (یا در شیارها) ایجاد می شود و یا الکتروموتور در اثر زمین شدن (اتصال کوتاه سیم پیچ به بدنه) اتصال کوتاه می شود. در هنگام اتصال کوتاه جریان بسیار زیادی از سیم پیچ های الکتروموتور کشیده می شود که در مدت زمان بسیار کوتاهی باعث صدمه دیدن سیم پیچ ها و عایق الکتروموتور می شود. حالت اتصال کوتاه در موتور باید در کوتاه ترین زمان ممکن توسط تجهیزات حفاظتی تشخیص داده شده و موتور از شبکه جدا شود. این حالت را معمولاً از میزان جریان ورودی به موتور تشخیص می دهند.

اضافه بار در الکتروموتور

هر الکتروموتور با یک توان نامی بخصوص طراحی و تولید می شود که این توان نامی محدوده بار مکانیکی که به شافت آن متصل است را مشخص می کند. در واقع الکتروموتور در شرایطی که بار متصل به آن دارای توانی کمتر یا مساوی توان نامی موتور است، می تواند به طور دائم و بدون مشکل کار کند.  ولی در توان های بالاتر، موتور برای تأمین بار مورد نظر باید جریان بیشتری از شبکه بکشد که این امر باعث گرم شدن بیش از حد موتور و در نتیجه سوختن سیم پیچی ها و از بین رفتن عایق موتور می شود. این حالت را معمولاً از میزان جریان ورودی به موتور تشخیص می دهند.

ولتاژ نامتعادل

در موتورهای الکتریکی سه فاز وجود نامتعادلی در ولتاژ می تواند به 6 تا 10 برابر نامتعادلی شدیدتری در جریان آن ها منجر گردد. نامتعادلی در جریان الکتروموتور باعث بالا رفتن تلفات اهمی موتور شده و در نتیجه آن حرارت اضافه در سیم پیچ ایجاد می شود و در صورت عملکرد الکتروموتور تحت این شرایط در بارنامی، درنهایت منجر به سیاه شدن و سوختن سیم پیچ ها و خرابی عایق ها می شود.

افت ولتاژ 

افت ولتاژ ورودی از دیگر دلایل خرابی الکتروموتور است. همانطور که می دانید توان خروجی یک الکتروموتور به ولتاژ اعمالی به آن بستگی دارد. و کاهش ولتاژ  شبکه زیر مقدار نامی سبب کاهش توانی که موتور می تواند تحویل دهد، شده و در نتیجه موتور برای جبران این افت ولتاژ جریان بیشتری را از منبع تغذیه می کشد.
این افزایش جریان منجر به گرمای بیش از حد و در نهایت سوختن سیم‌پیچ موتور می‌گردد. این حالت را می توان با اندازه گیری ولتاژ فازهای ورودی الکتروموتور و چک کردن جریان ها تشخیص داد.

افزایش ولتاژ

با افزایش ولتاژ ورودی به الکتروموتور، جریان نشتی که از عایق می گذرد افزایش پیدا می کند و در نتیجه این افزایش جریان نشتی سبب گرم شدن عایق شده، و ادامه این امر نیز می تواند باعث سوختن و از بین رفتن عایق الکتروموتور گردد.

تک فاز شدن

بدترین نوع نامتعادلی ولتاژ، نامتعادل شدن ولتاژ تغذیه الکتروموتور، در اثر قطع یک یا دو فاز ورودی است. قطعی فاز در مدار تغذیه الکتروموتورهای سه فاز موجب نامتعادلی جریان خط و ایجاد مولفه منفی جریان در سیم پیچی موتور می گردد. که این حالت بالا رفتن جریان در سیم پیچی موتور و تولید حرارت در سطح روتور را در پی دارد و در صورت ازدیاد این جریان از میزان مجاز آن منجر به صدمه دیدن روتور می شود. بنابراین در موتورهای با قدرت زیاد که از نظر اقتصادی نیز حائز اهمیت می باشد می بایست حتی المقدرو در هنگام وقوع قطعی فاز در موتور آنرا از مدار خارج  تا  از صدمات احتمالی بعدی که ناشی از افزایش حرارت در اثر عبور جریان نامتعادل می باشد جلوگیری نمود.

تغییر توالی فازها

برخی مواقع راه اندازی الکتروموتور سه فاز با توالی فاز نامناسب یا تغییر توالی فازها در حین کار الکتروموتور باعث معکوس کار کردن الکتروموتور می شود. معکوس کار کردن موتورها در برخی موارد مانند پمپ ها یا فن ها می تواند باعث آسیب رساندن به موتور یا برخی دیگر از قطعات دستگاه شود و موقعیت های بسیار خطرناکی را نیز برای پرسنل ایجاد کند. با استفاده از رله کنترل فاز با نظارت دائمی بر توالی فازها، می توان دستگاه را به موقع از مدار خارج کرده و از خطرات ناشی از عدم توالی فاز جلوگیری کرد.

پس از آشنایی با عواملی که باعث آسیب به الکتروموتور می شود، در این بخش قصد داریم به معرفی یکی از تجهیزات حفاظتی بسیار پرکاربرد در صنعت به نام رله کنترل فاز بپردازیم. بطور خلاصه می توان گفت رله کنترل فاز قابلیت حفاظت از الکتروموتور در برابر بسیاری از اختلالات شبکه که در بخش قبل با آن ها آشنا شدیم، را دارد.

رله کنترل فاز چیست

یکی از تجهیزاتی که در حفاظت موتور الکتریکی مورد استفاده قرار میگیرد رله کنترل فاز است. در واقع رله کنترل فاز حفاظت و ایمنی از تجهیزات و ابزار در مقابل اختلالات و نوسانات شبکه برق را برعهده دارد. 

دستگاه های کنترل فاز موجود در بازار قابلیت های حفاظتی متفاوتی دارند و انتخاب دستگاه مناسب با توجه به اینکه به حفاظت از چه خطاهایی نیاز داریم، انجام می شود. به طور کلی کامل ترین نوع رله کنترل فاز توانایی تشخیص افت ولتاژ، افزایش ولتاژ، عدم توالی فازها، قطع یک یا دو فاز و عدم تقارن فازها را دارد و برخی دیگر فقط برای تشخیص عدم توالی فازها طراحی شده اند.

در هر کنترل فاز بسته به مدل و طراحی شرکت سازنده، تعدادی سلکتور (Selector) یا پیچ‌ تنظیم (بین ۱ تا ۳ عدد) وجود دارد. یکی از کامل ترین انواع دستگاه کنترل فاز که با نام سوپر کنترل فاز شناخته می شود، علاوه بر این که دارای دو عدد رله خروجی می باشد ( کنترل فاز تنها یک رله خروجی دارد)، قابلیت تنظیم گزینه های حفاظتی بیشتری نیز نسبت به کنترل فاز دارد. در واقع ویژگی‌ها و پارامترهای ولتاژ پایین و ولتاژ بالا و همچنین نامتقارنی در دستگاه کنترل فاز غیر قابل تنظیم و ثابت می باشد، اما در سوپر کنترل فاز می توان این پارامترها را روی مقادیر دلخواه تنظیم کرد.

بخش های مختلف رله کنترل فاز

طراحی هر شرکت با شرکت دیگر متفاوت است ولی بطور معمول کنترل فاز دارای چند چراغ LED به منظور اعلام وضعیت و تعدادی پیچ یا ولوم جهت تنظیم پارامترهای قابل تنظیم می باشد که در این بخش به معرفی برخی از آن ها می پردازیم:

پیچ Sensitivity یا sen : با استفاده از آن حساسیت دستگاه در هنگام مقایسه تقارن در انواع فاز تنظیم می شود.

پیچ On Delay: زمان انتظار در مواقعی که خطایی رخ می دهد و یا مدار برای اولین بار روشن شده است، با استفاده از این پیچ تعیین می شود.

پیچ off Delay: تعیین کننده زمان تاخیر در قطع یا به عبارتی زمان عکس العمل رله در هنگام بروز خطا می باشد.

در شکل زیر سوپر کنترل فاز دیجیتال تخصصی میکرومکس را مشاهده می کنید. این دستگاه قابلیت استفاده به صورت کنترل ولتاژ سه فاز و یا تک فاز با غیر فعال کردن خطای عدم تقارن را دارد و امکان تنظیم زمان تاخیر در قطع ، زمان تاخیر در وصل، حد ولتاژ بالا و پایین و همچنین کنترل عدم تقارن نیز برای آن وجود دارد.

مزایای استفاده از رله کنترل فاز

►    افزایش طول عمر الکتروموتور

►    کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری 

►    کاهش اتلاف وقت و خسارت ناشی از خرابی الکتروموتور

►    قطع سریع جریان برق در صورت بروز خطا

►    پیشگیری از بروز برق‌گرفتگی و آتش‌سوزی ناشی از اتصال‌کوتاه سیم پیچ الکتروموتور و در نتیجه افزایش ایمنی پرسنل و تجهیزات

►    کاهش فضای اشغال شده در تابلو برق